Understanding of a Camera

Image Sensing and Acquisition

• Image formation model
  • Illumination(energy) source
  • Scene element
  • Imaging system
    • 반사된 energy in -> Voltage waveform out
    • Sampling and quantization
      • using Intensity level
  • Output (digitized) image
• Bayer pattern
  • 초록색이 2개인 이유
    • 사람은 초록색 빛에 더 민감

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Camera Model

• 카메라: 3차원 데이터를 2차원으로 변환시켜주는 장치
• 영상 처리 분야에서는 Pinhole camera model을 사용
  • 구멍을 통해 상하좌우 반전
• Coordinate
  • World coordinate(3D)
    • 주어져 있는 3차원공간을 표현하는 좌표
    • 어떠한 물체의 위치를 표현하기 위한 좌표계
    • 임의로 특정한 위치를 원점으로 둘수 있음
  • Camera coordinate(3D)
    • 카메라가 좌표계의 원점에 있는 상태
  • Pixel coordinate(=image plane, 2D)
    • 3차원 데이터가 카메라를 통해 매핑된 값들의 좌표
  • Normalized image plane
    • focal length가 1인 image plain(평면)을 생각하고 그 이미지 평면 내에서의 좌표값
    • Focal length: 카메라 센터와 image plane간의 거리
  • Inhomogeneous coordinates
    • 일반적으로 사용
    • 2D point -> (x,y)
    • 3D point -> (x,y,z)
  • Homogeneous coordinates
    • 영상처리 및 컴퓨터 비전 분야에서 많이 사용
    • 2D point -> (x,y,1)
    • 3D point -> (x,y,z,1)
    • (x,y,z,1) = (2x, 2y, 2z, 2) = (kx, ky, kz, k) <- equal up to scale
    • 특별한 기호 없이 무한대의 점을 표현 가능
    • Point a infinity(2D) = (x,y,0) (if x,y≠0)
• Camera projection matrix
  • 카메라 center가 world coordinate 상의 원점에 있을 경우
    • P = K[I|0]
    • K: Camera calibration matrix 3x3
      

      f: focal length
      sxx: x축방향으로의 픽셀크기
      syy: y축방향으로의 픽셀크기
      sxy: skew parameter
      u0, v0: principal pointer의 좌표

  • rotation(~(tilde)R)과 translation(~C)가 있는 경우
    • P = K[~R|t]
    • t = - ~R~C